試談玄武巖纖維在建筑材料領域的應用

摘? ? 要：在當前的建筑領域中，由于普通混凝土材料耐久性不足，抗拉強度較低，因此出現開裂情況的可能性比較高。為了進一步提升混凝土的性能，纖維混凝土材料也開始出現。常見的纖維材料包括碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維等，這些材料在力學性能上比較優秀，但使用成本比較高。與這些材料相比，玄武巖纖維既具備良好的力學性能和穩定程度，也具有優秀的性價比，可以作為一種有效的混凝土增強材料而存在。

關鍵詞：玄武巖纖維;建筑材料;應用

1? 引言

當前的國內外研究對玄武巖纖維混凝土的力學性能和耐久性研究較多，但主要集中于基本材料性的研究，針對纖維在建筑材料領域的應用內容相對較少。所以本次研究也將通過建筑材料領域的玄武巖纖維應用模式進行合理分析。

2? 玄武巖纖維的技術特征

玄武巖，本身是一種火山噴出巖，而玄武巖纖維是玄武巖原材料。這種材料在20世紀60年代就得到了廣泛的研究應用，隨后很多發達國家也在這一方面進行了技術研究。我國從20世紀90年代開始進行玄武巖纖維生產技術的研發工作，且隨著時間和技術的不斷更迭，我國的玄武巖纖維生產技術已經擁有自主知識產權，處于國際領先的水平。

玄武巖纖維原材料天然且生產工藝比較簡單，可以作為一種優秀的綠色高科技纖維材料存在符合現代社會節能減排和生態友好的要求。特別是當前環境污染程度嚴重和資源短缺的背景之下，綠色環保的資源產業發展具有明確的現實意義。而玄武巖纖維和原有高科技纖維相比，在多個方面具有技術優勢。

（1）化學穩定性良好。玄武巖纖維的化學穩定性出色，即便在鹽酸溶液和氫氧化鈉溶液中煮沸，其質量損失率也比較低，遠遠低于相同條件下的玻璃纖維和聚乙烯纖維等。這說明玄武巖纖維具有良好的適應能力，即便是在酸堿地區或腐蝕地區，玄武巖纖維也可以被作為混凝土的增強材料而應用。另外材料的吸收能力不會隨著時間的變化而改變，這就確保了該材料在使用過程中的環境協調性出色，最大化延伸材料使用周期。

（2）耐高溫能力出色。玄武巖纖維的軟化點為960攝氏度，與之相比，玻璃纖維的使用溫度最高只有300攝氏度。這說明玄武巖纖維在高溫環境下工作時，仍然可以保持優秀的原始抗拉強度，從而最大化保證材料性能。

（3）力學性能良好。玄武巖纖維的力學性能優于一般的芳綸、聚乙烯纖維等高科技纖維，抗拉強度在2000MPa～4800MPa之間，彈性模量在800-100GPa之間。

（4）使用成本較低。我國玄武巖原材料儲量豐富，在山西省和湖南省的大面積區域內都存在著玄武巖石料，所以從生產成本和生產效能來看，可以具備大規模工廠生產的條件，其生產成本是所有高科技纖維中最低的，可以被作為一種優秀的替代品。

3? 玄武巖纖維在建筑材料領域的應用

3.1? 在混凝土材料的應用

利用玄武巖纖維增強混凝土某些性能是當前的主要技術措施，具體來看，將選5種連續纖維和不連續纖維，按照一定的比例用量混入混凝土當中制作新型混凝土復合材料。這種材料既保留了混凝土原有的高抗壓強度和抗沖擊性能，同時也增強了混凝土本身的堅韌程度和使用周期。因為玄武巖纖維作為硅酸鹽纖維，性能良好且體積穩定，與普通混凝土相比在抗收縮性和耐腐蝕性方面優勢明顯，所以在現代建筑領域，玄武巖纖維融入混凝土材料之內可以大幅提升建筑質量，改善混凝土原有的力學性能[1]。再加上此材料中幾乎不含有環境破壞的物質成分，在建筑工程領域能滿足可持續發展的綠色環保要求。

在現有的文獻資料中，針對玄武巖纖維混凝土基本力學性能的研究工作也有所展開，進行了抗壓強度試驗、抗折強度試驗、抗剪強度試驗和抗沖擊試驗。實驗結果表明，玄武巖纖維混凝土性能良好，可以維持穩定的軸心抗壓強度和延性。隨著今后建筑材料的綠色環保和節約要求越來越高，玄武巖纖維在混凝土中的應用也將更為廣泛，無論是基礎建筑領域還是高科技建筑領域都能得到全面應用。

3.2? 在建筑結構中的應用

玄武巖纖維憑借著良好的力學性能，在現代建筑結構的加固過程中能起到完美的替代作用。例如同等條件下該材料可以顯著增加混凝土樁的承載力，并且加固材料的結構性能。在這一方面我們可以根據《混凝土加固設計規范》的參數標準探討玄武巖纖維對混凝土的加固作用。結果證實玄武巖纖維可以大幅改善混凝土的抗滲性能和早齡期抗裂性能，加入適量的纖維，混凝土裂縫的總長度和總面積都會顯著減少[2]。因此玄武巖纖維某種意義上可以用來代替混凝土構件中的受拉鋼筋，既解決了傳統鋼筋容易受到腐蝕的問題，也減少了實際施工中的澆筑工作量。對于一些有著特殊要求的建筑物來說，玄武巖纖維可以作為理想選擇材料。所以全國范圍內也進行了玄武巖纖維的產業化發展工作，旨在將技術和資源進行有效整合，為產業培育和運營服務發展提供技術支持。

3.3? 在提升建筑耐久性方面的應用

前文提到玄武巖纖維的耐高溫能力和耐酸堿能力出色，因此可以被用于提升建筑的耐久程度。例如混凝土出現的凍融破壞是影響混凝土結構耐久性的主要因素，而凍融破壞產生的直接結果就是混凝土表面強度降低甚至出現脫落、破損現象，不僅修復難度較大，且耗費成本較高。特別是在我國北方寒冷地區，混凝土路面經過冬季低溫的凍融影響后，路面產生了明顯的“掉皮”現象，表面的混凝土大面積脫落，石子裸露在外帶來嚴重的跳車等風險。某些橋梁也因為凍融導致側面混凝土保護層脫落，引起鋼筋外露，安全風險極高。但玄武巖纖維加入混凝土材料之后，即便在水飽和狀態下經過凍融循環作用，依然能夠保持較好的強度和外觀完整性，滿足《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》的參數數值[3]。

混凝土本身是一種多孔結構，將混凝土放置在水中，水會進入混凝土孔隙之內，此時一旦環境溫度大幅降低，飽和的混凝土之內具有的水分會快速結冰的可能性，體積增加，部分水在排出去的過程中受到水流阻力產生膨脹壓，進而導致滲透壓，孔隙內的壓強比溫度較高時更大。所以當混凝土膨脹壓力超過原有的抗拉強度限值時就會出現大面積破壞，這也是混凝土表皮掉落的主要影響因素。玄武巖纖維在混凝土早期收縮的過程中，可以有效預防內部裂縫的出現，改善混凝土內部的孔隙結構，使得水分更難以進入孔隙之內;另外玄武巖纖維單絲分布在孔隙周圍，即便受到低溫凍融的影響，這些纖維也能阻止孔隙的進一步膨脹。換言之，纖維此時承擔了膨脹壓導致的拉應力，讓混凝土受到的拉應力降低，保障混凝土的耐久性。

4? 結語

我國玄武巖儲量豐富，有著充足的原材料供應保障，而玄武巖纖維憑借著良好的力學性能優勢和化學穩定性的優勢，可以在未來的綠色建筑領域扮演重要的角色，無論對于經濟發展還是生態建設方面都意義非凡。因此在未來的實踐當中，開展建筑工程時，可以針對不同的混凝土結構要求確定玄武巖纖維的摻入量，進行相應的試驗并展開參數分析，確定最佳材料配合比，為提升建筑工程質量提供充分保障。

參考文獻：

[1] 劉泮森，魏書華，李秉千.玄武巖纖維混凝土力學性能試驗研究 [J].河北工業科技， 2016（2）：126～131.

[2] 王新忠， 李傳習， 凌錦育，等. 玄武巖纖維混凝土早期裂縫試驗研究[J]. 硅酸鹽通報， 2017（11）：3860～3866.

[3] 趙燕茹，王磊，韓霄峰.凍融條件下玄武巖纖維混凝土斷裂韌度研究[J].工程力學， 2017（9）：101～110.

作者簡介：

信丹（1986—）男，漢族，安徽省碭山人，本科，工程師，主要從事建筑工程檢測方面工作。